Glucidi
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
 |
Questa voce o sezione di chimica non riporta fonti o riferimenti.
Puoi migliorare questa voce aggiungendo citazioni da fonti attendibili, secondo le linee guida sull'uso delle fonti.
|
I glucidi, chiamati anche carboidrati (da idrati di carbonio) o saccaridi, sono la più abbondante delle quattro principali classi di biomolecole. Hanno numerose funzioni biologiche tra cui quella di riserva energetica e trasporto dell'energia (esempio: amido, glicogeno) e sono anche noti come componenti strutturali della cellulosa nelle piante e della cartilagine negli animali. Inoltre i carboidrati e i loro derivati giocano un ruolo fondamentale nel sistema immunitario, nella fertilizzazione e nello sviluppo biologico.
Dal punto di vista chimico i carboidrati sono aldeidi o chetoni a cui sono stati aggiunti vari gruppi ossidrili, solitamente uno per ogni atomo di carbonio che non fa parte del gruppo funzionale aldeidico o chetonico. Le singole unità di carboidrati sono chiamate monosaccaridi. Tra questi ricordiamo il glucosio, il galattosio e il fruttosio. La formula generale di un monosaccaride è (C·H2O)n, dove n è un numero maggiore o uguale a tre; ad ogni modo non tutti i carboidrati si adattano a questa precisa definizione stechiometrica (per esempio gli acidi uronici, i deossizuccheri come il fucosio).
I monosaccaridi possono legarsi tra di loro in moltissimi modi per formare i polisaccaridi o gli oligosaccaridi. Molti carboidrati contengono uno o più unità di monosaccaridi a cui sono stati tolti o aggiunti vari gruppi. Per esempio il deossiribosio, un componente del DNA, è una versione modificata del ribosio.
Indice |
[modifica] Classificazione
I carboidrati possono essere classificati come semplici (monosaccaridi e disaccaridi) o complessi (oligosaccaridi e polisaccaridi). Le linee guida per l'alimentazione generalmente consigliano i carboidrati complessi, e alcuni cibi ricchi di carboidrati semplici come la frutta (che contiene glucosio e fruttosio) o i prodotti caseari (che contengono lattosio) come sola fonte di carboidrati nella dieta. Ciò esclude alcune fonti di zuccheri semplici come i dolci o le bevande zuccherate.
L'indice glicemico e il carico glicemico sono concetti sviluppati per analizzare il comportamento del cibo durante la digestione. Questi classificano i cibi ricchi di carboidrati in base alla velocità del loro effetto sul livello di glucosio nel sangue. L'indice insulinico è una classificazione simile, più recente, che classifica il cibo in base al suo effetto sui livelli di insulina nel sangue, causato dal glucosio (o dall'amido) e da alcuni amminoacidi presenti nel cibo. L'indice glicemico è una misura di quanto velocemente il glucosio del cibo viene assorbito, mentre il carico glicemico è una misura del glucosio totale che può essere assorbito dal cibo.
I carboidrati complessi non assimilabili, come la cellulosa, l'emicellulosa e la pectina, sono una importante componente della fibra alimentare.
[modifica] Monosaccaridi
I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici e infatti non possono essere idrolizzati ulteriormente.
[modifica] Classificazione dei monosaccaridi
I monosaccaridi sono classificati in base a tre differenti caratteristiche: la posizione del loro gruppo carbonile, il numero di atomi di carbonio che contengono e la loro chiralità. Se il gruppo carbonilico è aldeidico, il monosaccaride è un aldoso; se il gruppo carbonilico è chetonico, il monosaccaride è un chetoso. I monosaccaridi con tre atomi di carbonio sono chiamati triosi, con quattro sono chiamati tetrosi, con cinque pentosi, con sei esosi e così via. Questi due sistemi di classificazione sono spesso combinati. Per esempio, il glucosio è un aldoesoso, il ribosio è un aldopentoso e il fruttosio è un chetoesoso.
Ogni atomo di carbonio che porta un gruppo ossidrile (-OH), ad eccezione del primo e dell'ultimo carbonio, è asimmetrico, con stereocentri con due possibili configurazioni (R o S). A causa di questa simmetria, esiste un certo numero di isomeri per ogni formula di monosaccaride. Il D-glucosio, per esempio, ha formula (C·H2O)6 e quattro dei suoi sei atomi di carbonio sono stereogeni, rendendo il D-glucosio uno dei 16 possibili stereoisomeri. Nel caso della gliceraldeide, un aldotrioso, c'è una coppia di possibili stereoisomeri, che sono enantiomeri ed epimeri. l'1-3-diidrossiacetone, il chetoso che corrisponde alla gliceraldeide aldosa, è una molecola simmetrica senza stereocentri. La classificazione in D o L è fatta in base all'orientamento del carbonio asimmetrico più lontano dal gruppo carbonilico: in una proiezione di Fischer standard se il gruppo ossidrile è a destra della molecola, lo zucchero ha configurazione D; se è a sinistra lo zucchero ha configurazione L. Gli zuccheri di serie D sono più comuni e pertanto la D spesso viene omessa.
[modifica] Conformazione
Il gruppo aldeidico o chetonico di una catena lineare di un monosaccaride reagirà reversibilmente con un gruppo ossidrile su un altro atomo di carbonio per formare un semiacetale o un semichetale, formando un anello eterociclico con un ponte ossigeno tra i due atomi di carbonio. Gli anelli con cinque o sei atomi sono chiamati furanosi e piranosi ed esistono in equilibrio con la forma a catena aperta. Durante la conversione dalla forma a catena aperta alla forma ciclica, l'atomo di carbonio contenente l'ossigeno carbonilico, chiamato carbonio anomerico, diventa un centro chirale con due possibili configurazioni: l'atomo di ossigeno può prendere posizione sopra o sotto il piano dell'anello. I due possibili stereoisomeri risultanti sono detti anomeri. Nell'anomero α, l'-OH che sostituisce il carbonio anomerico sta dal lato opposto (trans) dell'anello (secondo CH2OH). La forma alternativa dà l'anomero β. Dato che l'anello e la forma a catena aperta si interconvertono velocemente, entrambi gli anomeri esistono all'equilibrio.
[modifica] Ruolo biologico
I monosaccaridi sono la più grande risorsa per il metabolismo, dato che vengono usati come fonte di energia. Quando non c'è immediato bisogno di monosaccaridi spesso sono convertiti in forme più vantaggiose per lo spazio, spesso in polisaccaridi. In molti animali, compresi gli umani, questo forma di deposito è il glicogeno, sito nelle cellule del fegato e dei muscoli. Le piante invece utilizzano l'amido.
[modifica] Oligosaccaridi e polisaccaridi
Gli oligosaccaridi e i polisaccaridi sono composti da lunghe catene di monosaccaridi (monomeri) legati da legami glicosidici. La distinzione tra i due è basata sul numero di monosaccaridi presenti nella catena. Gli oligosaccaridi tipicamente contengono da sette a nove monosaccaridi, mentre i polisaccaridi contengono più di dieci monosaccaridi.[1]
I polisaccaridi rappresentano un'importante classe di polimeri biologici. La loro funzione negli organismi vivente è di solito strutturale o di deposito. L'amido (un polimero del glucosio) è utilizzato come polisaccaride di deposito nelle piante, e si trova sia nella forma di amilosio sia in quella ramificata dell'amilopectina. Negli animali, il polimero di glucosio strutturalmente simile è il più densamente ramificato glicogeno, qualche volta chiamato "amido animale". Le proprietà del glicogeno gli permettono di essere metabolizzato più rapidamente, il che si adatta alle vite attive degli animali che si muovono.
I polisaccaridi si suddividono in omopolisaccaridi ( costituiti da tante unità di uno stesso monosaccaride ripetuto più volte) e eteropolissaccaridi (costituiti da tante unità monosaccaridiche diverse). La cellulosa e la chitina sono esempi di polisaccaridi strutturali. La cellulosa è usata nelle pareti cellulari e in altri organismi, e si ritiene che sia la più abbondante molecola organica sulla Terra. Ha molti utilizzi, come un ruolo significativo nell'industria tessile e della carta, ed è usata come materia prima per la produzione del rayon (attraverso il processo viscoso), acetato di cellulosa, celluloide, e nitrocellulosa. La struttura della chitina è simile, ha delle catene laterali che contengono azoto, aumentandone la forza. Si trova negli esoscheletri degli artropodi e nelle pareti cellulari di alcuni funghi. Ha molti usi, tra cui il filo di sutura chirurgico.
Altri polisaccaridi includono la callosa, la laminarina, lo xylano, il mannano, il fucoidano, e il galactomannano.
[modifica] Nutrimento
I carboidrati sono la più comune fonte di energia negli organismi viventi, e la loro digestione richiede meno acqua di quella delle proteine o dei grassi. Le proteine e i grassi sono componenti strutturali necessari per i tessuti biologici e per le cellule, e sono anche una fonte di energia per la maggior parte degli organismi.
I carboidrati non sono nutrienti essenziali per gli esseri umani: il corpo può ottenere tutta l'energia necessaria da proteine e grassi. Comunque, il cervello e i neuroni in genere non possono consumare direttamente i grassi e hanno bisogno di glucosio da cui ricavare energia: questo glucosio può essere ricavato da alcuni degli amminoacidi presenti nelle proteine e anche dal glicerolo presente nei trigliceridi. I carboidrati forniscono 3.75 kcal per grammo, le proteine 4 kcal per grammo, mentre i grassi forniscono 9 kcal per grammo. Nel caso delle proteine, però, quest'informazione è fuorviante in quanto solo alcuni degli amminoacidi possono essere utilizzati per ricavare energia. Allo stesso modo, negli esseri umani, solo alcuni carboidrati possono fornire energia, tra questi ci sono molti monosaccaridi e alcuni disaccaridi. Anche altri tipi di carboidrati possono essere digeriti, ma solo grazie all'aiuto dei batteri intestinali. I ruminanti e le termiti possono addirittura digerire la cellulosa, che non è digeribile dagli altri organismi.
Tra i cibi ricchi di carboidrati ricordiamo il pane, la pasta, i legumi, le patate, la crusca, il riso e i cereali. La maggior parte di questi cibi sono ricchi di amido.
La FAO (Food and Agriculture Organization) e l'OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) raccomandano di ingerire il 55-75% dell'energia totale dai carboidrati, ma solo il 10% dagli zuccheri semplici.
[modifica] Metabolismo
[modifica] Catabolismo
Il catabolismo è la reazione metabolica che le cellule compiono al fine di rendere più semplici molecole complesse spesso rilasciando energia. Ci sono tre principali vie cataboliche dei monosaccaridi:
1. La glicolisi: processo attraverso il quale una unità di glucosio viene trasformato in due unità di piruvato con un rilascio di energia sotto forma di 2 molecole di ATP.
2. Il ciclo dell'acido citrico: processo continuo atto a disorganicare i due carboni presenti nell'Acetil-CoA (risultato dell'azione della "piruvato-deidrogenasi" sul piruvato)in due unità di anidride carbonica con un rilascio di energia sotto forma di 3 unità di NADH 1 unità di FADH2 e 1 unità di GTP (facilmente convertibile in ATP).
3. Via del fosfoguconato: processo glicolitico atto a rifornire l'organismo di ribosio-5-fosfato (importante precursore di alcuni metaboliti fondamentali) e NADPH (il così detto "potere riducente").
Gli oligosaccaridi e i polisaccaridi sono prima ridotti a piccoli monosaccaridi da enzimi chiamati glicosidi idrolasi. Le unità di monosaccaridi possono quindi entrare nel catabolismo dei monosaccaridi. In alcuni casi, come per esempio negli umani, non tutti i tipi di carboidrati possono essere utilizzati dal momento che non sono presenti tutti gli enzimi digestivi e metabolici necessari. Per esempio, nè gli umani nè i cavalli nè i gatti possono digerire e utilizzare la cellulosa, al contrario dei ruminanti e delle termiti.
[modifica] Note
[modifica] Altri progetti
Wikimedia Commons contiene file multimediali su Glucidi
